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Über die Histomorphologie der bovinen Euterhaut liegen in der aktuellen Literatur bisher nur sehr wenige Ergebnisse vor (LUDEWIG et al., 1996). Zudem gibt es noch keine Informationen über die Ultrastruktur sowie die Herkunft, Art und Kohlenhydratzusammensetzung der Glykoproteine der Euterhaut. Um weitere Erkenntnisse zu ihrem Aufbau und ihrer Funktion zu erhalten, wurden in dieser Arbeit verschiedene ultrastrukturelle, lichtmikroskopische, immun- und glykohistochemische Methoden angewandt. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit wurde auf augenscheinlichen histologische Unterschiede der Euterhaut von juvenilen nicht-laktierenden und adulten laktierenden Rindern gelegt.

Meine Arbeit befasst sich mit der histologischen, histochemischen und elektronenmikroskopischen Analyse des Eileiters des Straußes (Struthio camelus). Als Untersuchungsmaterial dienten die Eileiter von acht geschlechtsreifen und zwei nicht geschlechtsreifen Blauhals-Schwarzhals-Hybriden aus der Straußenfarm Donaumoos in Leipheim. Die Histomorphologie wurde mittels konventioneller Färbungen (H.E.-Färbung, van Gieson-Resorcinfuchsin-Färbung, Trichromfärbung nach Masson und Goldner, Alcianblau 8GX-Färbung, Perjodsäure-Schiff-Reaktion) dargestellt. Glykohistochemisch wurden durch den Einsatz von Lektinen die Kohlenhydratstrukturen untersucht. Mittels immunhistochemischer Techniken wurde das Zytoskelett sowie die Verteilung von Östrogen- und Progesteronrezeptoren im Straußeneileiter studiert. Unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops konnte die Ultrastruktur ermittelt werden. Der Eileiter kann in die fünf Abschnitte Infundibulum, Magnum, Isthmus, Uterus und Vagina unterteilt werden. Das Epithel der untersuchten Tiere war im gesamten Eileiter ein mehrreihiges, hochprismatisches Epithel, welches sich aus Zilienzellen und sekretorischen Zellen zusammensetzt. In der Lamina propria mucosae finden sich charakteristische Drüsen im kaudalen Infundibulum, Magnum, Isthmus, Uterus und im uterovaginalen Übergangsbereich. Die Alcianblau-Färbung zeigt sich für pH 2,5 und pH 1,0 positiv im Oberflächenepithel des Infundibulums und Magnums der geschlechtsreifen Strauße und im Oberflächenepithel von Uterus und Vagina sowohl der adulten als auch der juvenilen Tiere. In der Vagina sind es vorrangig die Epithelzellen am Boden von Schleimhauteinstülpungen, die Alcianblau-positiv erscheinen. Die PAS-Reaktion fällt bei den adulten Straußen im Epithel des Infundibulums, und in Epithel und Drüsen sowohl des Magnums als auch des Isthmus positiv aus. Geschlechtsreife und nicht geschlechtsreife Laufvögel weisen eine positive PAS-Reaktion im Oberflächenepithel von Uterus und Vagina auf. Durch die Trichromfärbung konnten Mukosubstanzen zum einen im Epithel des tubulären Infundibulums und des Uterus, zum anderen in den Magnum- und Isthmusdrüsen der adulten Tiere festgestellt werden. Das Vaginalepithel zeigt sich bei geschlechtsreifen und nicht geschlechtsreifen Tieren positiv für Mukosubstanzen. Mittels glykohistochemischer Untersuchungen wurden die Zuckerstrukturen auf den Zellen des Eileiters nachgewiesen. Es wurden sowohl FITC-konjugierte als auch biotinylierte Lektine verwendet. Für die Durchführung der Analysen mit FITC-konjugierten Lektinen kamen Canavalia ensiformis Agglutinin (ConA), Pisum sativum Agglutinin (PSA), Lens culinaris Agglutinin (LCA), Ricinus communis Agglutinin (RCA), Peanut Agglutinin (PNA), Griffonia simplicifolia Lektin I (GSL-I), Dolichos biflorus Agglutinin (DBA), Soybean Agglutinin (SBA), Wheat germ Agglutinin (WGA), succinyliertes Wheat germ Agglutinin (WGAs), Ulex europaeus Agglutinin I (UEA-I), Phaseolus vulgaris Erythroagglutinin (PHA-E) und Phaseolus vulgaris Leukoagglutinin (PHA-L) zum Einsatz. Als biotinylierte Lektine wurden Viscum album Agglutinin (VAA), Sophora japonica Agglutinin (SJA), Sambucus nigra Agglutinin (SNA), und Maackia amurensis Agglutinin I (MAA-I) verwendet. Im Eileiter des Straußes konnte die Bindung von ConA, LCA, PSA, VAA, SJA, SNA, WGA, WGAs, MAA-I, PHA-E und PHA-L festgestellt werden. Lediglich schwach binden RCA und DBA. Keine Bindung konnte für die Lektine PNA, GSL-I, SBA und UEA-I ermittelt werden. Anhand immunhistochemischer Methoden wurden zytoskelettale Elemente sowie Hormonrezeptoren im Eileiter des Straußes untersucht. Hierbei wurde mittels spezifischer Antikörper die Lokalisation von Tubulin, Vimentin, Panzytokeratin, Zytokeratin (CK) 5, CK 14, CK 18, CK 19, alpha-smooth muscle actin (α-SMA), non-muscle myosin (NMM), Östrogenrezeptor alpha (ER-α) und Progesteronrezeptor (PR) bestimmt. CK 19 konnte hierbei lediglich im Vaginalepithel festgestellt werden. ER-α zeigt sich ausschließlich in den Uterindrüsen der geschlechtsreifen Strauße immunpositiv. Für CK 7 und CK 8 konnten keine immunpositiven Strukturen im Eileiter ermittelt werden.

Gegenstand der Arbeit, war anhand der aktuellsten Veröffentlichungen und neuesten medizinischen Fachbüchern einen detaillierten Einblick in das Innenleben der Wachstumsfuge zu bekommen. Die einzelnen Wachstumszonen wurden dabei bezüglich ihrer anatomischen Strukturen und biochemischen Bestandteile untersucht und mit Bildern illustriert. Die Gliederung erfolgt regional nach Entwicklungsstand der Zusammensetzung und mikroskopischen Kriterien. Dabei verändern sich Zellen und Extrazellularsubstanz hinsichtlich ihrer Morphologie und histochemischer Aktivität, bis schließlich zur Metaphyse hin Knochen entsteht. An den Enden der Röhrenknochen wird die ursprünglich hyaline Knorpelsubstanz knöchern umgebaut, sodaß ein Knochenkern entsteht. Während im gelenknahen Bereich die Kontur durch die korrespondierenden Gelenkpartner bestimmt wird, plattet sich epiphysennah das Knorpelmaterial ab und bildet die typische Zonierung aus. Metaphysennah mineralisieren die longitudinalen Septen, die sich zwischen den säulenartig angeordneten Chondrozyten befinden. Neben der perichondralen Knorpelbildung wird als eigene Chondrogenese die Encoche-Apposition gesehen, die sich am Übergang vom Perichondrium zu Periost abspielt. Man geht davon aus, dass es dort durch Umbauvorgänge zum Dickenwachstum der Fuge und diaphysärer Anteile kommt. Die Spongiosa wird dort als Trichter in die Diaphyse integriert. Am Knochenende verknöchert der hyaline Knorpel teilweise und bleibt an den Gelenkflächen erhalten. Zur Metaphyse grenzend proliferieren die Zellen. Es bildet sich eine Knorpelscheibe aus, die durch einen zonalen Aufbau mit unterschiedlicher Zellmorphologie und biochemischer Aktivität charakterisiert ist. Neben den Proliferationszonen ist die Hypertrophe Zone als besonderer Bereich anzusehen, in dem der Großteil der Knochenverlängerung stattfindet. Die Knorpelzellen gewinnen an Volumen, sezernieren vermehrt Matrixvesikel und beginnen zur Metaphyse hin den Mineralisationsprozess anzutreiben. Der Umbau zu Knochengewebe erfolgt schließlich durch Abbau der mineralisierten Septen, sodaß Gefäße einsprießen können. Diese bringen immer mehr Zellen heran, die den Umbau vorantreiben. Es entstehen Knorpelhöhlen in denen Osteoid gebildet wird. Der entstandene Geflechtknochen wird schließlich zu Lamellenknochen umgebaut.

In der vorliegenden Arbeit wurden 45 Nebenhoden von klinisch gesunden Katern im Alter zwischen fünf Monaten und zehn Jahren im Hinblick auf Morphologie, Ultrastruktur und Histochemie untersucht. Es wurden zehn verschiedene immunhistologische Reaktionen auf verschiedene Proteine bzw. Hormonrezeptoren durchgeführt. Der Nebenhoden des Katers entspricht in seinem anatomischen Aufbau dem anderer Tierarten. Durch das Auftreten verschiedener Zellarten, unterschiedlicher Epithelhöhe und der Länge des Zellbesatzes sowie Form und Lage des Nukleus kann der Epididymidis des Katers in fünf verschieden Segmente unterteilt werden. Die Ductuli efferentes bilden mit Segment 1 und 2 den Nebenhodenkopf, Segment 3 und 4 entsprechen dem Corpus epididymidis und der Nebenhodenschwanz besteht aus Segment 5. Die Ductuli efferentes besitzen zilienbesetzte und zilienlose Zellen, die in verschiedenen Färbungen und immunhistologischen Reaktionen auch unterscheiden. Das Epithel des Ductus epididymidis des Katers besteht aus Hauptzellen, Basalzellen und Lymphozyten, sowie Apikalzellen in Segment 2 und 5. Neben den genannten Zellarten bzw. ihrer Kerne oder des Zytoplasmas wurden bei den immunhistologischen Reaktionen Spermien, luminale Epithelzellen, Muskulatur, Gefäße und die Basallamina beurteilt. VEGF (“Vascular endothelial growth factor“) ist immunhistochemisch nur schwach nachweisbar, dafür zeigt sich der VEGF-Rezeptor deutlich positiv, vor allem in den Zellkernen der Hauptzellen von Nebenhodenkopf und –schwanz. GHR (“Growth hormone receptor“) reagiert in Kernen der Hauptzellen und Apikalzellen des gesamten Nebenhodens, sowie deren Zytoplasma. Außerdem ist es in den Gefäßen und der Muskulatur nachweisbar. Vimentin kommt im Zytoplasma der Ductuli efferentes sowie in Muskulatur, Interstitium, Gefäßen und Basallamina des Ductus epididymidis vor. Cytokeratin färbt das Zytoplasma der Ductuli efferentes und der Hauptzellen in Segment 1 und 5 an. Laminin kommt vorwiegend in der Muskulatur, den Gefäßen und der Basallamina, in geringer Menge auch im Zytoplasma der Hauptzellen vor. a-SMA (“Smooth muscle actin“) zeigt sich ausschließlich in den glatten Muskelzellen der Ductuli efferentes, des Nebenhodenganges und der Gefäße, ohne regionale Unterschiede. Androgen-Rezeptor ist in den Kernen aller Hauptzellen, vorwiegend aber von Segment 1 bis 4 sowie im Interstitium nachweisbar. Östrogen-Rezeptor a reagiert dagegen nur in den Kerne der Ductuli efferentes und färbt in Segment 4 und 5 den Zellbesatz und die Spermien an. Progesteron-Rezeptor reagiert im gesamten Nebenhodengang positiv im Interstitium, den Gefäßen und den luminalen Spermien. Außerdem färbt es den Zellbesatz von Segment 2 bis 5 an.

In der vorliegenden Arbeit wurde die pränatale Entwicklung und Morphologie des bovinen Nabelstrangs untersucht. Hierfür wurde die Nabelschnur von Feten ab dem 2. Graviditätsmonat (SSL 2,5 cm) bis zum geburtsreifen Kalb im 9. Monat (SSL 89 cm) verwendet. Neben lichtmikroskopischen (routinehistologischen, immun- und glykohistochemischen) Färbungen wurden elektronenmikroskopische Techniken angewendet. Dabei besitzt die Nabelschnur des Rindes zu jedem Gestationszeitpunkt zwei Nabelvenen, zwei Nabelarterien und einen Urachus, die allesamt in der Wharton Sulze (WS) eingebettet sind. Bis zu einer SSL von 26 cm können in der Nabelschnur des Rindes das extraembryonale Nabelzölom und die Reste des Dottersackganges beobachtet werden. Die Nabelschnur wird außen ausschließlich vom Amnionepithel umgeben. Das Amnionepithel besteht aus ein- und mehrschichtigen Bereichen. Bei den mehrschichtigen Arealen handelt es sich meist um lokal begrenzte, glykogenreiche Amnionepithelwarzen (Plaques), die der Oberfläche einen zottenartigen Charakter verleihen. Ihre Anzahl steigt im Laufe der Entwicklung an. Ab einer SSL von 42 cm (6. Monat) scheinen die nun dicht stehenden Warzen zu fusionieren, so dass nun auch über größere Strecken mehrschichtige Amnionepithelbereiche auftreten. Im 7. Trächtigkeitsmonat (SSL 53 cm) beginnt das Amnionepithel stellenweise zu verhornen. Zahlreiche desmosomale Zellverbindungen und Interdigitationen der Plasmamembranen der Amnionepithelzellen sprechen für eine hohe mechanische Festigkeit des Amnionepithels. Die zum Teil erheblich erweiterten Interzellularräume zwischen den Epithelzellen sowie der hohe Mikrovillibesatz der apikalen Zellschichten deuten auf Sekretions- und Resorptionsprozesse hin. Im Gegensatz zu anderen Gefäßen besitzt die Nabelvene des Rindes eine gut ausgebildete Lamina elastica interna, wohingegen sie in der Nabelarterie fehlt. Die Muskelzellen der Nabelvene sind weit voneinander durch Bindegewebe getrennt, wodurch die Diffusion und der Transport von Nährstoffen erleichtert werden. Beide Gefäße besitzen Vasa vasorum und bestehen während der ganzen fetalen Entwicklung aus α-smooth-muscle-Aktin (αSMA) exprimierenden Muskelzellen. Die bovinen Nabelgefäße sind nicht innerviert. Dies wurde auch durch das Ergebnis der immunhistologischen Untersuchung des S100 Proteins bestätigt. Die Ultrastruktur der Endothel- und glatten Gefäßmuskelzellen der Nabelgefäße gibt Hinweise auf eine hohe Proteinsyntheseleistung sowie auf einen regen Stofftransport dieser Zellen. Die bovine WS wird von zahlreichen feinen Blutgefäßen durchzogen. Sie wird im Laufe der fetalen Entwicklung zell- und grundsubstanzärmer, jedoch faserreicher. Im Gegensatz zu der makroskopisch einheitlich erscheinenden WS, stellt sie sich bei mikroskopischer Betrachtung heterogen dar. Dabei lassen sich der Bereich um den Urachus, die schwach ausgebildete Adventitia sowie unter dem Amnionepithel befindliche WS-Bereiche von der restlichen zentralen WS abgrenzen. Der Eindruck der Heterogenität entsteht durch den unterschiedlichen Zellgehalt, durch die Ultrastruktur der Zellen, durch das Verteilungsmuster der Intermediärfilamente und des αSMA sowie durch das Lektinbindungsmuster und durch die Reaktionen in der Alcianblau-Färbung. Besonders auffällig ist die Entstehung einer breiten Schicht αSMA-exprimierender Muskelzellen in der WS subepithelial unter dem Amnionepithel, wobei ein sphinkterähnlicher Muskelring gebildet wird. Der Urachus weist zunächst ein einschichtiges Epithel auf, das im Laufe der Entwicklung jedoch mehrschichtig wird. Ab einer SSL von 26 cm (4. Trächtigkeitsmonat) wird er von zirkulär angeordneten Muskelzellen umgeben. Um das Vorkommen und die Verteilung bestimmter Zuckergruppen in der bovinen Nabelschnur zu bestimmen, wurde das Bindungsmuster verschiedener Lektine untersucht. Dabei konnte mit Con A, WGA, ECA, GSA I, PNA und VVA eine deutliche, mit SBA, UEA I und LTA jedoch nur eine schwache Reaktion hervorgerufen werden. Weiterhin ließ sich eine altersabhängige Expression der Intermediärfilamente Vimentin, Desmin und Pan-Cytokeratin (CK) beobachten. Dabei konnte der Epithelzellmarker CK in einigen Zellen der Nabelgefäßwand bis zum 2. Monat (6,5 cm SSL) und in einigen WS-Zellen bis zum 4. Monat (26 cm SSL) nachgewiesen werden. In den Gefäßmuskelzellen der bovinen Nabelgefäße werden im Laufe der Entwicklung alle drei Intermediärfilamenttypen exprimiert, während in den WS-Zellen, mit Ausnahme der glatten Muskelzellen des Urachus, Desmin immunhistologisch nicht nachweisbar ist. Da die bovinen Nabelgefäße nicht innerviert sind, muss der umbilikale Blutfluss durch andere, nicht-nervale Faktoren reguliert werden. Dabei sind unter anderem die Anordnung der Gefäßmuskelzellen sowie die Kontraktionsfähigkeit der Nabelgefäße, die sich in der frühen Expression von αSMA aller Gefäßmuskelzellen widerspiegelt, von Bedeutung. Die in den bovinen Nabelgefäßen typische Verteilung der elastischen Fasern spielt diesbezüglich ebenfalls eine wichtige Rolle. Zusätzlich ist der umbilikale Blutfluss von der Struktur und Konsistenz der WS abhängig. Die Zusammensetzung der WS wird dabei entscheidend durch die die extrazelluläre Matrix produzierenden WS-Fibrozyten beeinflusst. Eine aktive Beteiligung des sphinkterähnlichen Muskelrings an der Regulation des Blutflusses ist sehr wahrscheinlich. Einen weiteren Faktor der Blutflussregulation stellen vasoaktive Substanzen dar, wobei die Ultrastruktur der Endothel- und Gefäßmuskelzellen Hinweise auf eine mögliche lokale Produktion dieser Substanzen in den Nabelgefäßen gibt. Der Nachweis von bovinem Progesteron-Rezeptor (bPR) in den Endothelzellen der Nabelgefäße aller untersuchten Feten lässt eine Beteiligung von Progesteron an der umbilikalen Blutflussregulation vermuten.

Bei der Fixierung immunzytochemischer Präparate lässt sich sowohl durch Kryomethoden als auch durch milde chemische Fixierungen potentiell die Antigenität erhalten. Inwieweit die Ultrastruktur epiretinaler Membranen (ERM) durch Verwendung dieser Präparationsverfahren erhalten bleibt, ist unklar. Durch Pars-plana-Vitrektomie wurden epiretinale Membranen von 15 Patienten mit Makula pucker entnommen. Zum einen wurden ERM in einem Gemisch aus 2% Paraformaldehyd und 0,05% Glutaraldehyd ohne Osmiumtetroxid bei 4°C chemisch fixiert. Zum anderen wurden Proben durch Plunging oder Impact Freezing in flüssigem Stickstoff unter Gefrierschutz mit 1-Hexadecene und 40% Saccharose kryofixiert. Filterpapier diente als Trägersubstanz bei der Durchführung der Kryofixierung. Die Dehydrierung und Einbettung erfolgte in Aceton und Unicryl bzw. Unicryl-ähnlichem Medium. Die Transmissionselektronenmikroskopie zeigte, dass die innere Grenzmembran (ILM) der Retina und Kollagenfibrillen durch die Kryofixierung gut erhalten bleibt. Zelluläre Details konnten jedoch nicht dargestellt werden. Im Gegensatz dazu erlaubte die milde chemische Fixierung ERM die präzise Darstellung sowohl von ILM und Kollagen als auch von zellulären Strukturen wie Kernmembranen, Nukleoli, Chromatin und zytoplasmatischen Mikrofilamenten. Das Filterpapier als Trägersubstanz beschränkte aufgrund von Eiskristallbildung die Kryofixierung epiretinaler Membranen. Um die Ultrastruktur für immunzytochemische Untersuchungen zuverlässig zu erhalten, wird die milde chemische Fixierung in 2% Paraformaldehyd und 0,05% Glutaraldehyd empfohlen. Es werden weitere Studien benötigt, die den Erhalt der Antigenität epiretinalen Gewebes nach Kryofixierung und milder Aldehyd-Fixierung im Zusammenhang mit verschiedenen Dehydrierungs- und Einbettungsverfahren untersuchen.

Fragestellung: Die klinische Herz-Xenotransplantation scheint aufgrund vielfältiger wissenschaftlicher Fort-schritte wahrscheinlicher zu werden, jedoch könnten präformierte natürliche Antikörper, die ohne vorausgegangene Sensibilisierung im Blut vorhanden sind und Antigene fremder Spezies erkennen, auch bei therapeutischer Bewältigung der initialen hyperakuten Abstoßungsreaktion zur anhaltenden Transplantatdysfunktion führen. Tage bis Wochen nach Antigenerstkontakt käme es im xenogenen System zusätzlich zur Bildung induzierter Antikörper, die gegen das Fremdgewebe gerichtet sind. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, an spontan kontrahierenden Kardiomyozyten das Wirkungs-profil präformierter natürlicher Antikörpern im Vergleich mit induzierten Antikörpern (durch Verimpfung von Rattenherzgewebe oder Rattenherzzellen in Kaninchen gewonnen) zu unter-suchen. Methodik: Zu Kulturen spontan kontrahierender, neonataler Rattenkardiomyozyten werden Seren zuge-geben, die präformierte oder induzierte Antikörper enthalten (dialysierte, Elektrolyt-, pH-, thermoäquilibrierte, mit Medium verdünnte Seren). Im Vergleich zu den nativen Seren wer-den dieselben Seren nach Entfernung der xenoreaktiven Antikörper aus den Seren (messbar durch den Hämagglutinationstiter gegen Rattenerythrozyten) und/oder Inaktivierung der Komplementkomponenten untersucht. Zum Einsatz kommt einerseits humanes Serum mit ei-nem hohen Gehalt an präformierten xenoreaktiven Antikörpern; Spenderserum wird hierbei im Vergleich mit kommerziell erhältlichen Humanimmunglobulinpräparationen eingesetzt. Andererseits wird Serum mit einem hohen Gehalt an spezifischen induzierten Antikörpern gegen Rattenherzepitope in den Inkubationsexperimenten verwandt. Das Serum wurde nach Verimpfung von Rattenherzgewebe oder Rattenherzzellen in Kaninchen gewonnen. Die Kontraktionen werden über ein Phasenkontrastmikroskop mittels eines photoelektrischen Systems registriert und videotechnisch dokumentiert. Als Parameter der Kontraktilität dienen die Frequenz, Amplitude und Kontraktions-/Relaxationsgeschwindigkeit. Das Ausmaß der synzytialen Kopplung im Zellverband wird als Streuung der Kontraktionsfrequenzen (Variati-onskoeffizienten, Tests nach Hartley, Mann-Whitney und Cochran, Scatterdiagramme) ermit-telt. Als Zytotoxizitätsparameter werden der zelluläre Gehalt an Kalium und Protein sowie an energiereichen Phosphaten, die Trypanblauaufnahme und die elektronenmikroskopisch er-fassbare Ultrastruktur bestimmt. Der Nitritgehalt des Kulturüberstands als Endprodukt des Stickoxidmetabolismus fungiert als ein Maß für die Zellaktivierung. Ergebnisse: (1) Spontane Zellkontraktionen neonataler Rattenkardiomyozyten kommen nach Gabe von Seren mit präformierten natürlichen Antikörpern - einem stereotypen, reproduzierbaren Mus-ter eines geänderten Schlagverhaltens folgend - zu einem passageren Stillstand, der über eini-ge Minuten anhält und spontan reversibel ist. Die Kontraktionen bleiben anschließend über Stunden desynchronisiert in Gegenwart der präformierten natürlichen Antikörper im Sinne einer Entkopplung des funktionellen Synzytiums der Zellmonolayer; dabei bleiben die Kardi-omyozyten vital, jedoch kommt es zu einer Zellaktivierung, kenntlich an einer vermehrter zel-lulären Nitritproduktion. Absorption der spezifisch gegen Rattenepitope gerichteten xenoreak-tiven Antikörper, nicht aber Dekomplementierung der Seren verhindert die Desynchronisati-on. (2) Seren mit induzierten Antikörpern führen dagegen zeit- und konzentrationsabhängig zur Zytotoxizität bis zum Zelltod der neonatalen Rattenkardiomyozyten. Hierfür sind sowohl Komplementkomponenten als auch induzierte xenoreaktive Antikörper erforderlich. Schlussfolgerungen: Präformierte natürliche Antikörper könnten in vivo eine Dysfunktion xenogener Herztrans-plantate im Sinne einer fehlenden synzytialen Koordination der Kardiomyozyten auslösen. Induzierte Antikörper haben eine zytotoxische Wirkung, die die Zellintegrität gefährdet.

Thu, 27 May 2004 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/2222/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/2222/1/Rohleder_Matthias.pdf Rohleder, Matthias ddc:610, ddc:600, Medizin

Die Lyme Borreliose ist die häufigste durch Zecken übertragene Infektionskrankheit des Menschen auf der Nordhemisphäre. Der Erreger Borrelia burgdorferi s. l. wird in drei humanpathogene Arten, B. burgdorferi s. s., B. garinii und B. afzelii unterteilt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Struktur von Borrelia afzelii am Beispiel des Stamms PKo, dem Hautisolat eines Patienten, mit Hilfe elektronenmikroskopischer Methoden untersucht. Raster- und transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen an Borrelien des B. afzelii Stammes PKo wurden zur Aufklärung der Ultrastruktur der Borrelienzelle unter in vitro Kultur- Bedingungen durchgeführt. In Abhängigkeit vom Kulturalter zeigen die Borrelien starke strukturelle Veränderungen, die rasterelektronenmikroskopisch gut zu untersuchen sind. Während der log-Phase nimmt die Anzahl der Schraubenwindungen zu und somit auch die Länge der Borrelien. Gegen Ende der log- Phase verlieren die Borrelien ihre typische Schraubengestalt. Im Lichtmikroskop (Dunkelfeld) kann man gleichzeitig einen Verlust der Beweglichkeit beobachten. Allerdings bedeutet der Verlust der Beweglichkeit nicht wie bisher angenommen gleichzeitig den Tod der Borrelien, da sich nach dem Überimpfen in frisches Kulturmedium wieder bewegliche schraubenförmige Borrelien bilden. Die Untersuchungen zur Ultrastruktur der Borrelienzelle wurden an Borrelien aus der log-Phase der Kultur durchgeführt. Die Borrelienzellen sind zu diesem Zeitpunkt 10–20 µm lang und besitzen 3–9 Schraubenwindungen. Ultradünnschnitte zeigen, daß die Borrelien aus einem Protoplasmazylinder bestehen, der von einer 4 nm dünnen Zellmembran begrenzt wird. An ihn schließt sich im Abstand von 5 nm die Zellwand an. Die Borrelienzellen sind von einer äußeren Membran umgeben, die den periplasmatischen Raum umschließt. Diese Membran ist zu einem Tunnel aufgewölbt in dem die Endoflagellen liegen. An jedem Zellende befinden sich 7–9 Flagellenansatzstellen, die in der Längsachse der Borrelienzelle angeordnet sind. Jede der Flagellen inseriert nur an einem Zellende. Im mittleren Bereich der Borrelienzelle kommt es zu einer Überlappung der Flagellen der beiden Zellenden. Die Überlappungsregion ist jedoch nur undeutlich abzugrenzen. Auf Grund dieser Untersuchungen konnte ein detailliertes, maßstabsgetreues Modell einer Borrelienzelle rekonstruiert werden. Ein weiteres Untersuchungsziel war die Aufklärung der Lokalisation wichtiger immundominanter Proteine. Mit Hilfe von Immun-Gold-Markierungen konnte durch hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie gezeigt werden, daß die Proteine p17 (Osp17), p35 (Osp35) und p58 (Osp58) auf der Oberfläche der äußeren Membran der Borrelienzelle lokalisiert sind. Durch die Optimierung der Markierungsmethode konnte das Signal so weit gesteigert werden, daß die gleichmäßige Verteilung dieser Proteine über die gesamte Zelloberfläche dargestellt werden konnte. Auf Grund ihrer Lokalisation auf der Oberfläche der Borrelienzelle kommen diese Proteine grundsätzlich als Vakzinekandidaten in Frage. Die Lokalisation typspezifischer und konservierter Epitope der beiden immunologisch heterogenen Oberflächenproteine OspA und OspC konnte durch Immun-Gold-Markierungen mit Hilfe typspezifischer und breitreaktiver monoklonaler Antikörper nachgewiesen werden. Typspezifische und konservierte Epitope beider Proteine befinden sich auf der Oberfläche der äußeren Membran. Die Lokalisation breitreaktiver Epitope von OspA und OspC auf der Oberfläche der Borrelienzelle läßt den Einsatz dieser Proteine als Impfantigene auch im europäischen Raum erfolgversprechend erscheinen. Des weiteren konnte im Rahmen dieser Arbeit eine Methode entwickelt werden, die es erlaubt kokkoide Morphotypen der Borrelienzelle zu erzeugen. Durch die Inkubation von Borrelien in Aqua dest. gelingt es innerhalb weniger Minuten auf reproduzierbare Weise diese Formvarianten der Borrelien zu erzeugen. Mittels Vitalfärbungen konnte gezeigt werden, daß es sich bei den kokkoiden Morphotypen um lebende Formvarianten der Borrelienzelle handelt. Diese Formvarianten sind nicht kultivierbar. Nach dem Überführen in Kulturmedium sind nach 4–5 Tagen nur noch schraubenförmige Borrelienzellen zu beobachten. Bei den kokkoiden Morphotypen handelt sich um eine kugelförmige Anschwellung der äußeren Membran in der sich der Protoplasmazylinder in engen Windungen aufrollt. Der vom aufgerollten Protoplasmazylinder umgebene Raum ist weitgehend strukturlos. Die Flagellen befinden sich auf der von der äußeren Membran abgewandten Seite es Protoplasmazylinders. Die Rekonstruktion von Serienultradünnschnitten ergab, daß diese kokkoiden Morphotypen jeweils von einer einzelnen Borrelienzelle gebildet werden; Protoplasmazylinder, Zellwand und äußere Membran bleiben intakt. Darüber hinaus konnte am Beispiel von Osp17, Osp35 und OspC gezeigt werden, daß die Oberflächenproteine der schraubenförmigen Borrelienzelle auch bei den kokkoiden Morphotypen auf der Oberfläche lokalisiert sind. Diese drei Proteine sind auch auf den kokkoiden Morphotypen gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt. Allerdings kommt es bei der Bildung der kokkoiden Morphotypen im Vergleich zu den schraubenförmigen Borrelienzellen zu einer deutlichen Reduktion der Oberfläche. Diese Formvarianten besitzen somit nur eine reduzierte Angriffsfläche für die Antikörper des Wirts. Sie stellen also möglicherweise Formen dar, die es den Borrelien ermöglichen dem Abwehrsystem des Wirts auszuweichen. Außerdem wurde die Adhäsion von Borrelien zweier unterschiedlicher Spezies an humane Astrozyten untersucht. Dafür wurde außer dem bereits erwähnten B. afzelii Stamm PKo der B. garinii Stamm PBi eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein Isolat aus dem Liquor eines Patienten. In einem über 24 Std. Zeitdauer durchgeführten Koinkubationsversuch konnte mittels Lichtmikroskopie gezeigt werden, daß beide Stämme an die Astrozyten adhärieren. Borrelien des B. afzelii Stamms PKo adhärieren jedoch insgesamt weit häufiger als solche des B. garinii Stamms PBi. Bei den rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen zeigte sich, daß eine Vielzahl von Borrelien beider Stämme mit den Zellausläufern am Rand der Astrozyten und auf deren Oberfläche in Kontakt treten. Die Fähigkeit der Borrelien an die Astrozyten zu adhärieren spielt möglicherweise eine Rolle beim Übertritt von der Blutbahn ins Gehirn. Eine deutlich Reaktion der Astrozyten auf den Kontakt mit den Borrelien in Form von Oberflächenveränderungen ist nicht zu erkennen. Bei beiden Stämmen können im Rahmen der rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen Borrelien gefunden werden, die in die Zellen eindringen. Dieses Eindringen kann mit Hilfe von Ultradünnschnitten durch die Koinkubationspräparate im TEM bestätigt werden. Hierbei konnten Borrelien sowohl in Vesikeln, als auch frei im Zytoplasma derAstrozyten gefunden werden. Die intrazellulär liegenden Borrelien waren auch nach 24 Std. noch intakt. Es sind keine Degenerationsformen zu erkennen. Durch das Eindringen in die Astrozyten gelingt es den Borrelien möglicherweise über längere Zeit im Wirt zu überdauern.

Sensillen sind „Kleinsinnesorgane“ der Arthropoda, die die Wahrnehmung einer Vielzahl unterschiedlicher Reize ermöglichen. Trotz großen Interesses an diesen Sinnesorganen ist die Frage nach den Homologieverhältnissen und der Evolution von Sensillen weitgehend ungeklärt. In der vorliegenden Arbeit werden daher die antennalen Sensillen von Larven aller größeren monophyletischen Gruppen der Diptera, sowie einiger mit den Diptera verwandter Holometabola raster- und transmissionselektronenmikroskopisch untersucht und vergleichend beschrieben. Die larvalen Antennen der Holometabola sind vor allem wegen der verhältnismäßig kleinen Anzahl von Sensillen besonders geeignete Modellobjekte, da dies die ultrastrukturelle Analyse des jeweils gesamten Sensilleninventars der Antennen ermöglicht. Obwohl die REM-Untersuchung der larvalen Antennen eine enorme äußere Vielfalt an Sensillenformen offenbart, zeigt die Analyse der inneren Ultrastruktur, daß die antennalen Sensillen von insgesamt 32 Dipterenarten und vier holometabolen Außengruppenvertretern nach strukturellen Kriterien nur zehn unterschiedlichen Sensillentypen zugeordnet werden können. Darüber hinaus lassen „modalitätsspezifische Strukturen“ Rückschlüsse auf die Funktionen der Sensillen zu. So deuten die Befunde darauf hin, daß es sich bei den Sensillentypen um olfaktorische, kontaktchemosensitive, gustatorische, thermo-, hygro- bzw. thermo-/hygrosensitive Sensillen, sowie um mechanosensitive Extero- und Propriorezeptoren handelt. Die Ergebnisse zeigen also, daß die larvalen Antennen, obwohl sie bei den Diptera durchschnittlich nur mit etwa zehn Sensillen ausgestattet sind, über ein ähnlich breites Spektrum der Reizwahrnehmung verfügen wie die imaginalen Antennen, die einige hundert oder gar tausend Sensillen besitzen. Rasterelektronenmikroskopisch konnten vor allem äußerliche Anpassungen der Antennen und Sensillen z.B. an Habitat und Lebensweise der Larve nachgewiesen werden; so sind lange Antennen, und mit ihnen meist auch überwiegend langgestreckte Sensillen, in aquatischen Lebensräumen eindeutig begünstigt, während terrestrisch lebende Larven, besonders in festen Substraten, wie z.B. Holz, eher kurze oder sogar plattenförmig reduzierte Antennen besitzen. Die vergleichende TEM-Untersuchung zeigt jedoch auch, daß Sensillen des gleichen Typs bei den jeweiligen Tieren sowohl in ihrer Position auf den Antennen, als auch in ihren strukturellen Merkmalen übereinstimmen. Nach dem Lagekriterium und dem Kriterium der spezifischen Qualität konnte so die Homologie einzelner antennaler Sensillen der Dipterenlarven für die gesamte Ordnung und teilweise sogar für die Holometabola wahrscheinlich gemacht werden. Über diesen homologen Sensillensatz hinaus konnte gezeigt werden, daß individuelle Sensillen - also kleinste Sinnesorgane - evolutiven Veränderungen unterliegen, die es erlauben ihr Schicksal im Verlauf der Phylogenese zu verfolgen. So belegen die Ergebnisse beispielsweise, daß der antennale Kontaktchemorezeptor „Peg“, bei den cyclorrhaphen Fliegen im Zusammenhang mit der Evolution des Antennen-Maxillar-Komplexes zum Maxillarpalpus verlagert wurde. Bei der vergleichenden Analyse aller antennalen Sensillen waren evolutive Tendenzen feststellbar, die in vielen Punkten mit den etablierten Stammbäumen der Diptera übereinstimmen, aber auch interessante Anregungen für derzeit noch ungeklärte Verwandtschaftsbeziehungen liefern. Für die meisten monophyletischen Gruppen der Diptera fanden sich charakteristische Merkmalskombinationen, die teilweise sogar als Synapomorphien gedeutet werden können. Bezogen auf offene Fragen der Dipterensystematik legen die Sensillenmerkmale beispielsweise ein Schwestergruppenverhältnis zwischen den Anisopodidae (Fenstermücken) und den „orthorrhaphen Fliegen“ nahe, wobei eine enge Verwandtschaftsbeziehung vor allem mit den Tabanomorpha (ohne die Vermileonidae) wahrscheinlich ist. Darüber hinaus führte ein Außengruppenvergleich zwischen den Diptera und einigen anderen Holometabola zu dem Ergebnis, daß der „Cone“ als Komplexchemosensillum ebenso zu den Grundplanmerkmalen holometaboler Insektenlarven gehört, wie zwei Thermo-/Hygrorezeptoren (lS3-Sensillen). Das bedeutet, daß diese individuellen Sensillen über fast 300 Mio. Jahre Evolution bis ins frühe Perm zurückverfolgt werden können.